CN1084936C - 利用可闻音来对准接收天线的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于数字编码电视信号的卫星接收机(17)包括用于产生表示接收天线(7)对准的信号的装置，此信号是响应于包含在数字编码电视信号中的误码的个数。天线(7)的仰角按照接收地点的位置被设置。首先以小步进量旋转天线(7)，使天线(7)的方位被粗略对准，以定位产生连续音的区域。一旦连续音被产生，就开始细对准过程，旋转天线(7)以定位产生连续音的方位弧形区的边界，然后把天线(7)设定在弧形区的两个边界之间的中间值左右。

Description

利用可闻音来对准接收天线的装置和方法

本申请与同本申请同时申请的题目为“利用接收信号的误码情况的天线对准的装置和方法”、美国专利申请序号为RCA87,640的专利有关，并以同一发明者的名义申请。

本发明是有关于对准天线，诸如卫星接收天线的装置和方法。

接收天线应当对准发射信号源，以得到最佳接收。在卫星电视系统的情况下，这是指使碟形天线轴的方向精确指向，这样使与之相连的电视接收机的荧屏上显示最佳的画面。

天线的对准可籍使用信号强度计或其它测量仪而变得容易，这个仪器把它们暂时连接到接收天线以直接测量天线端口处接收信号的幅度。然而，消费者通常无法接近信号强度计，因此只得依赖于用累试法来调整天线，随后观看相连的电视接收机荧屏上所产生的图像。这就要求或者自己在天线和接收机之间来回走动或者让其它某人观看电视接收机荧屏上的图像。

1990年1月9日授予Gerhard Maier和Veit Ambruster题目为“可闻声天线对准装”的美国专利4,893,288揭示了用于调整卫星接收天线的装置，它可根据由接收信号所得出的中频(IF)信号的幅度产生可闻声响应。可闻声响应的频率反比于IF信号的幅度。当天线未对准及IF信号幅度低时，可闻声响应的频率就高。当天线对准及IF信号幅度增大时，可闻声响应的频率就降低。这种可闻声天线对准装置使消费者能对准天线而不需要昂贵的设备或不需要专门的使用技巧。而且，它也允许用户在没有任何帮助的情况下对准天线。但无论如何，用户靠判断可闻声信号的连续变化的频率的方法要精确地定位天线可能是困难的。

本发明涉及可闻声天线对准装置及其相关方法，它比Maier的专利中所描述的方法容易使用得多以及用户较少出错多。特别地，按照本发明的这一点，包含在要连接到天线的接收机的装置包括对所接收信号的给定参数敏感的装置，当参量表示可接受的信号接收时用来产生相应于具有预定特性的可闻声响应的音频信号，例如具有恒定幅度和频率的连续音。当参量不表示可接受的信号接收时，就不产生相应于具有予定特性的可闻声响应的音频信号。按照本发明的另一点，利用上述的这种装置的对准天线的方法包括最初的步骤，以很小的步进量调整天线位置，直到产生具有予定特性的可闻声响应为止。后来，天线位置被调整来确定其中能产生具有予定特性的可闻声响应的区域的两个边界。再后来，天线位置被调整到它至少近似地处在两边界之间的中间位置。

现在参考附图来阐述本发明的这些方面和其它方面。

在这些附图中：

图1是卫星电视接收系统的机械配备的示意图；

图1a是图1所示的天线组件的平面视图；

图2是流程图，它对按照本发明的图1和图1a所示的对准天线组件的方法和装置的理解是很有用的；以及

图3是图1所示卫星电视接收系统的电子部件的方框图，它对按照本发明的图1和图1a所示的对准天线组件的装置的理解是很有用的。

图1所示卫星电视系统中，发射机1把包含视频和音频分量的电视信号发射到在同步地球轨道上的卫星3，卫星3接收由发射机1所发射的电视信号，并把它们转发到地球。

卫星3有许多个，例如，24个转发器，用于接收和发送电视信息。本发明将以数字卫星电视系统作为例子来描述，在此系统中，按照预定的数字压缩标准(例如MPEG)将电视信息以压缩形式发射。MPEG是动画专家组(MPEG)所开发的动画和有关音频信息的编码表示的国际标准。数字信息以数字传输领域中熟知的方式，例如QPSK调制(Quaternary Phase Shift Keying四相移相键控)被调制到载波上。

卫星3发射的电视信号被天线组件或“室外单元”5接收。天线组件5包括碟形天线7和变频器9。天线7把卫星3发射的电视信号聚合到变频器9，变频器9把所有接收到的电视信号的频率变换成各个较低的频率。变频器9也被称为“成块变换器”(block converter)因为全部接收到的电视信号的频率作为一个整块被变换。天线组件5藉助于可调节的紧固装置12被安装在立柱11上。尽管立柱11在图上表示为在离屋子13的某个地方，但实际上它可以被架在房子13上。

由成块变换器7所产生的电视信号经过同轴电缆15连接到位于屋子13内的卫星接收机17。卫星接收机17有时也叫作“室内单元”。卫星接收机17对所接收的电视信号进行调谐。解调及其它处理，就像下面将参考图3详细描述的那样，以产生具有某一制式的(NTSC，PAL，或SECAM)视频和音频信号，适合于与其相连接的传统的电视接收机19进行处理。电视接收机19根据视频信号在显示荧屏21上产生图像。扬声系统23根据音频信号产生音响。虽然图1只表示了单个音频信道，应当看到，实际上可以提供一个或多个附加音频信道，例如立体声重现，如由扬声器23a和23b所表示的那样。扬声器23a和23b可以和电视接收机19做在一起，如图所示的那样，也可和电视接收机19分开。

碟形天线7必须被调整位置以接收由卫星3所发射的电视信号，产生最佳的图像和声音响应。卫星3在地球特定位置上方的同步地球轨道上。位置调整操作包括将碟形天线的中心轴线7A精确地对准到卫星3。为此目的就需要“仰角”调整和“方位”调整。如图1所示，天线7的仰角是轴线7A与水平线在垂直面上的夹角。如图1a所示，方位角是轴线7A与正北方向之间在水平面上的夹角。为了对准天线7，紧固装置12在仰角和方位两个方向都是可调节的。

当天线组件5装好后，就可按照接收地点的纬度，藉助于紧固装置12的分度仪部件12a调节仰角到足够的精度。一旦仰角被设定后，就可按照接收地点的经度以天线组件大体上指向卫星3而粗略设定方位。表示在不同经纬度时的仰角和方位的列表可能包括在卫星接收机17所附带的用户手册中。仰角可利用分度仪12a比较精确地被对准，因为立柱11可利用水准仪或铅垂线很容易地被设置成垂直于水平面。然而，方位较难精确对准，因为正北方向不能很容易地被确定。

为了简化方位对准过程，按照本发明的一个方面所制造的可闻声天线对准装置包括在卫星接收机17中。该装置的详细情况将参考图2和图3予以说明。现在可充分看到，当可闻声天线对准装置工作时，只要当方位位置在所限定的(例如5度的)范围内(包括相应于最佳接收的精确的方位角位置在内)，可闻声天线对准装置就会通过由扬声器23a和23b产生固定频率和幅度的连续可闻音。当方位角位置不在所限定的范围内，就不再产生连续音(也就是它被消声了)。每当卫星接收机17的调谐器/解调器单元完成一次搜索算法而没有找到所选转发器的调谐频率和数据速率(以这样的调谐频率和数据速率所接收的信号的数字编码信息的误码有可能进行纠错)时，可闻声天线对准装置也将导致产生声脉冲串或嘟嘟声。搜索算法是必要的，因为尽管每个转发器的载频是已知的，但成块变换器9具有产生频率误差的倾向，例如在几MHz的量级，而且传输数据率可能事先也不知道。

现在来阐述按照本发明的一个方面的为达到最佳接收或接近最佳接收的对准天线的方法。在以后的说明中，参考图2所示的流程图将是有用的，虽然主要是关系到图3所示的卫星接收机17的电子部件的工作。

天线对准动作由用户起动，例如藉从菜单选择相应的菜单项来开始，菜单是根据卫星接收机17所产生的视频信号而被产生并显示在电视接收机19的显示屏21上的。接着，就使卫星接收机17的调谐器/解调器(317，319)单元开始执行用来识别特定转发器的调谐频率和数据速率的搜索算法。在搜索算法期间，试图在选定转发器标称频率左右的多个频率点调谐。当由调谐器/解调器(317，319)所产生的“解调器锁定”信号具有逻辑状态“1”时，就指示了正确的调谐，这将在参考图3时被描述。如果调谐是正确的，那么就以两个可能的传输数据速率检验包含于所接收信号中的数字编码信息的误码情况，以确定纠错是否可能。如果在特定搜索频率上不可能正确调谐或者不可能纠错，那么就在下一个搜索频率上检验调谐和纠错情况。此过程一直持续下去直到所有的搜索频率都已被检验过。到那时，如果在任一个搜索频率上不可能正确调谐或者不可能纠错，那么就产生声脉冲串或嘟嘟声，以提示用户，天线7还没有处在正确接收所需的限定方位范围。另一方面如果在任一个搜索频率上同时能正确调谐和纠错，那么对准装置就导致产生连续音以提示用户，天线7处在正确接收所需的限定方位范围。

用户从卫星接收机17所附带的操作手册中得知，当出现嘟嘟声时就使天线组件5以小步进量(例如3度)绕立柱11旋转。最好是指示用户每隔一次嘟嘟声就旋转一次天线组件5。这就允许在天线组件5再次被移动前完成调谐算法。(作为例子，进行全部频率搜索的调谐算法的整个周期可能费时3到5秒。)用户被告知，每隔一次嘟嘟声就以小步进量(3度)重复地旋转天线组件5直到产生连续音。连续音的产生表示对准过程的粗调节已结束并开始细调节。

用户被告知，一旦连续音已产生就继续旋转天线组件5直到连续音又不再产生(也就是直到声音被消除)，然后标下相应的天线的方位位置作为第一边界位置。然后用户被告知，反方向旋转天线组件5并在新方向上越过第一边界。这时使连续音再次产生。用户被告知继续旋转天线组件5，直到连续音再次被消除并标下相应的天线方位位置作为第二边界位置。用户被告知，一旦两个边界位置被确定后，就旋转天线组件5直到它处在两个边界位置之间的中间位置，以设定最佳接收或接近最佳接收时的方位角。定中心的过程已被找到以提供非常满意的接收。然后例如通过听任显示在电视接收机19的荧屏21上的天线对准菜单结束天线对准工作模式。

现在参考图3来描述包含在卫星接收机17中的可闻声天线对准装置，它利用以上所述的对准方法产生可闻音。

如图3所示，发射机1包括模拟视频信号源301和模拟音频信号源303以及用于把模拟信号变换到各自的数字信号的模-数变换器(ADC)305和307。编码器309按照予定的标准，例如MPEG，压缩和编码数字视频和音频信号。编码信号具有相应于各个视频或音频分量的信息包串或流的形式。这类信息包藉其领头码来识别。相应于控制数据和其它数据的信息包也可加进数据流。

前向纠错(FEC)编码器311把矫正数据加到由编码器309所产生的信息包，使纠正由于加到卫星接收机的传输路径内噪声所引起的误码成为可能。熟知的Viterbi和Reed-Solomon型前向纠错编码法都可以有利地被使用。QPSK调制器313把FEC编码器311的输出信号调制到载波上。已调制的载波被所谓的“上行链路”(uplink)单元315发射到卫星3。

卫星接收机17包括带本地振荡器和混频器(图上来示出)的调谐器317，用来从由天线组件5所接收的多个信号中选择适当的载波信号，以及把所选择的载波的频率变换到较低的频率以产生中频(IF)信号。IF信号被QPSK解调器319解调，以产生解调的数字信号。FEC译码器321对包含于解调的数字信号中的纠错数据进行译码，并根据纠错数据来校正表示视频、音频和其它信息的解调信息包。例如，在发射机1的FEC编码器采用Viterbi和Reed-Solomon纠错编码法时，FEC译码器可以按照Viterbi和Reed-Solomon纠错算法运行。调谐器317，QPSK解调器319和FEC译码器可被包括在由Hughes Network System(位于Maryland的Germantown)或由Comstream公司(位于California的San Diego)所提供的单元中。

传送单元323是个多路分离器，它按照包含于信息包中的头信息经过数据总线把已纠错的信号的视频信息包送到视频译码器325，以及把音频信息包送到音频译码器327。视频译码器325对视频信息包进行译码和去压缩，最终得到的数字视频信号籍数-模变换器(DAC)329被变换成基带模拟视频信号。音频译码器327对音频信息包进行译码和去压缩，最终得到的数字音频信号藉数-模变换器(DAC)331被变换成基带模拟音频信号。基带模拟视频和音频信号通过各自的基带连接被加到电视接收机上。基带模拟视频和音频信号也被加到调制器335上，调制器335按照传统的电视标准；诸如NTSC，PAL或SECAM等，把模拟信号调制到载波上，用来耦合到电视接收机，而不用基带输入。

微处理器337将本地振荡器频率选择控制数据提供给调谐器317，并接收来自解调器319的“解调锁定”和“信号质量”数据以及来自FEC译码器321的“块错误”数据。微处理器337也和传送单元323交互作用，以影响数据包的装送。与微处理器335有关的只读存储器(ROM)339用来存储控制信息。ROM 339也被有利地用来产生上述的用于对准天线组件5的声音和声脉冲串，这将在下面予以详述。

QPSK解调器319包括锁相环(图上未示出)，用于将其工作状态锁定在中频(IF)信号的频率上，以便解调出调制在中频信号上的数字数据。只要能调谐到载波，解调器319就能对中频信号进行解调而不管包含于数字数据中的误码数。当解调器的解调工作成功地完成时，解调器319产生一位“解调器锁定”信号，例如逻辑状态“1”。解调器319也产生一个表示接收信号信噪比的“信号质量”信号。

FEC译码器312对每块数据只纠正给定个数的误码。例如，FEC译码器321可能只能纠正在146字节的信息包中的8字节误码，信息包中的16字节被用于纠错编码。FEC译码器321产生一位“块错误”信号，以指示给定的数据块中的误码数是否高于或低于门限值以及由此是否可能进行纠错。“块错误”信号在能进行纠错时具有第一逻辑状态，例如是“0”，以及在不能进行纠错时具有第二逻辑状态，例如是“1”。“块错误”信号可随每个数字数据块而改变。

现在来描述在天线对准工作模式时微处理器337响应“解调器锁定”信号和“块错误”信号时的状态。参考图2所示的流程图，它表示存储在微处理器337的存储器部分的天线对准子程序，也将是有用的。在对准天线工作模式被起始及予定载波频率被选定用来调谐以后，微处理器337监视“解调器锁定”信号的状态。如果“解调器锁定”信号具有逻辑“0”状态，即表示在当前的搜索频率下来能完成解调，那么微处理器337导致选择下一个搜索频率，或者若所有搜索频率均已被搜索就导致产生声脉串或嘟嘟声。如果“解调器锁定”信号具有逻辑“1”状态，即表示解调器319已成功地完成其解调工作，那么“块错误”信号被检验以决定纠错是否可能。

首先检验在低数据率下的错误状况。如果在低数据率下纠错是不可能的，那么就检验在高数据率下的错误状况。对每种数据率，微处理器337对“块错误”信号重复地采样，因为“块错误”信号可能随每个数字数据块而改变。如果“块错误”信号对两种数据率下的给定个数的采样都具有逻辑“1”状态，即表示纠错是不可能的，那么微处理器337或者导致选择下一个搜索频率，或者若所有搜索频率均已被搜索过就导致产生声脉冲串或嘟嘟声。另一方面，如果“块错误”信号对给定个数的采样具有逻辑“0”状态，即表示纠错是可能的，那么微处理器339导致产生连续音。

可闻音脉冲串和连续音可由专用电路来产生，例如，该电路包括一个连到音频DAC 327的输出的振荡器。然而，这种专用电路会增加复杂性，并因此而增加卫星接收机17的成本。为避免这种复杂性和增加成本，图3所示的实施例有利地双重使用已有的结构。现在将描述图3所示实施例中可闻音被产生的情况。

ROM 339在特定的存储器位置存储了代表可闻音的编码数字数据。希望地，声音数据，例如按照MPEG音频标准，以与发送的音频信息包同样的压缩形式作为信息包被存储。为产生连续可闻音，微处理器337使声音数据包从ROM 339的声音数据存储器位置中被读出，并被传送到与传送单元323有关的随机存取存储器(RAM，图上未示出)的音频数据存储器位置。RAM通常被用来暂时存储所发射信号的数据流的信息包，这是按照它们所代表的信息类型存储在各自的存储器位置。存储声音数据的传送单元RAM的音频存储器位置就是存储发送的音频信息包的同样的存储器位置。在进行此处理时，微处理器337通过不把它们送入RAM音频存储器位置的方法使发送的音频数据包被废弃。

存储在RAM中的声音数据包以和发送的音频数据包同样的方式通过数据总线被传送到音频译码器337。声音数据包以和任一个发送的音频数据包同样的方式被音频译码器327去压缩。最终得到的去压缩数字音频信号被DAC 331转换成模拟信号。该模拟信号被加到扬声器23a和23b，并由它们产生连续可闻音。

为了产生声脉冲串或嘟嘟声，微处理器337使声音数据包以与上述的同样方式被传送到音频译码器327，只是在除短时间以外的时间内，把消声控制信号加到音频译码器327以使音频响应被消除掉。

产生可闻音和声脉冲串的上述过程可在天线对准操作开始的同时就被启动。在那种情况下，微处理器337产生连续消声控制信号，直到要求产生连续音或者声脉冲串为止。

声脉冲串和连续音可交替地以下述方式被产生。为产生声脉冲串。微处理器337使声音数据包从ROM 339的声音数据存储器位置中被读出，并以上述的方式通过传送单元322被传送到译码器327。为产生连续音，微处理器337周期性地使声音数据包从ROM339的声音数据存储器位置中被读出，并被传送到译码器327。实质上，这就产生了几乎连续序列的紧密间隔的声脉冲串。

如前所述，解码器319产生“信号质量”信号，它表示接收信号的信噪比(SNR)。SNR信号具有数字数据的形式，并被送到能将它变换成图形控制信号的微处理器337，此图形控制信号适合于在电视接收机19的荧屏上显示信号质量的图形。图形控制信号被送到“连屏显示”(OSD)单元(on-screen display unit)，它使代表图形的视频信号被送到电视接收机19。信号质量图形可以采取三角形的形式，当信号质量改善时，该三角形沿水平方向增大。该图形也可以采取数字形式，当信号质量改善时，数字增大。信号质量图形可帮助用户优化仰角和方位调整。信号质量图形的特征可由用户藉助于前述的天线对准菜单的方法来选定。

在参照特定的方法和装置对本发明进行描述的同时，将会看到，对那些转业的技术人员来说将会有改进和修正。例如，在上述方法和装置中，使用连续音和间歇音分别代表正确的和不正确的对准的同时，可能会有两种其它的音频响应，例如两个不同频率的声音或两个不同幅度的声音，来代表这些情况。这些和其它的修正也将要被包括在下述权利要求所限定的本发明的范围之中。

Claims (9)

1.一种在接收机(17)中用于对准天线(7)的装置，该接收机用于接收来自所述天线的载有信息分量的信号，所述天线连在可调节的支架固定器上，该装置包括：

用于检测表示信号接收是否可以被接受的所述信息分量的参数和产生表示所述参数的信号的装置；

在天线对准操作模式中工作的装置，其间用户可以通过调整所述支架固定期来调整所述天线的位置，对表示信号的所述参数进行响应，以产生一个音频信号，该音频信号当被耦合到声音再现设备(23)时可产生可闻声响应；

其特征在于所述发生装置用来将所述参数与一个门限值相比较，当所述参数相对于所述门限值具有第一幅度条件时，产生一个具有不变特性的恒定音频信号，该音频信号对应于恒定可闻音响应，当所述参数相对于所述门限值具有第二幅度条件时，中断所述的恒定音频信号；在所述天线被对准时，在第一和第二边界位置之间的一个天线位置区域之上所述的参数具有所述第一幅度条件，所述第一和第二边界位置分别对应于一个从所述第二幅度条件到所述第一幅度条件的第一转换，和从所述第一幅度条件到所述第二幅度条件的第二转换，从而使得在所述的整个区域中产生所述恒定可闻音响应并指示出该区域的位置。

2.根据权利要求1的装置，其特征还在于：

所述恒定音频响应是恒定幅度和频率的连续音。

3.根据权利要求1的装置，其特征还在于：

所述信息分量是以数字形式编码的以及所述参数是所述信息分量的误码情况；所述门限值对应于给定的误码数；以及所达参数的所述第一幅度条件相对应的误码数低于所述给定的误码数，并且所述参数的所述第二幅度条件相对应的误码数高于所述给定的误码数。

4.根据权利要求3的装置，其特征还在于：

调谐器(317)，用于调谐被所述接受机从所述天线(7)所接收的信号；

解调器(319)，用于从被所述调谐器调谐的信号中得到所述信息分量；

用于产生所述音频信号的所述装置包括控制器(337)，该控制器也控制所述调谐器的工作，用于有选择地使所述调谐器搜索给定的搜索频率范围，以找到能对所述接收机所接收的信号进行调谐的合适的频率；如果找到了用于调谐所述接收到的信号的合适频率，且误码数低于对所述合适频率的给定误码数，所述控制器会产生相应于所述恒定音频响应的所述恒定音频信号；如果没有找到调谐所述接收到的信号的合适频率，或者误码数仍旧高于所述给定的误码数，所述控制器会在所述搜索范围完全被搜索之后，使所述调谐器再次搜索所述给定的搜索频率范围，并且产生相应于不同于所述恒定音频响应的其它类型的可闻音响应的其它音频信号。

5.根据权利要求4的装置，其特征还在于：

所述恒定音频响应是恒定幅度和频率的连续音以及所述其它类型的可闻声响应是声脉冲串。

6.一种对准接收天线的方法，其特征在于该方法利用了一种装置，当由所述天线(7)接收的信号的参数表示不能接受的信号接收时，该装置产生第一类型可闻声响应，当所述参数表示能接受的信号接收时，该装置产生第二类型可闻声响应，所述方法包括如下步骤：

调整所述天线的位置以使可闻声响应从第一特征改变为第二特征，并将该变化的位置标注为第一边界位置；

调整所述天线的位置以使可闻声响应从第二特征改变为第一特征，并将该变化的位置标注为第二边界位置；

利用所述的第一边界位置和第二边界位置确定位于所述第一边界位置和第二边界位置之间的区域的一个中部位置；

调整所述天线的位置以使它位于两个所述边界位置之间的中部位置。

7.根据权利要求6的方法，其特征还在于：

所述天线(7)按照权利要求6中引述的步骤被旋转以调整其方位角。

8.根据权利要求7的方法，其特征还在于：所述天线(7)的仰角在调整方位角之前被调整。

9.根据权利要求6的方法，其特征还在于：

在所述调整步骤中，天线的位置被调整以使它被至少近似地放置在所述边界位置之间的中部。

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